The emergence of "4D printing" | Skylar Tibbits

اسکایلر تیبیتز: پیدایش چاپ چهار بعدی

Translator: Timothy Covell Reviewer: Morton Bast

Translator: Simin Zare Hajibagher Reviewer: soheila Jafari

This is me building a prototype

این من هستم که دارم برای ۶ ساعت پی در پی

for six hours straight.

یک مدل اولیه می‌سازم.

This is slave labor to my own project.

این شبیه یک کار بردگی برای پروژه‌ی خودم هست.

This is what the DIY and maker movements really look like.

جنبش‌های ‌ سازندگی و "خودت انجامش بده!" واقعا به این شکل هستند.

And this is an analogy for today's construction and manufacturing world

و این مقایسه ای برای ساخت و تولید در دنیای امروزی‌ست

with brute-force assembly techniques.

که با تکنیک‌های مونتاژ غیرهوشمندانه و ابتدایی انجام‌ می شود.

And this is exactly why I started studying

و این دقیقاْ دلیلی است که من شروع به مطالعه

how to program physical materials to build themselves.

روش برنامه‌ریزی مواد برای ساختن خودشان کردم.

But there is another world.

ولی این جهان دیگری است.

Today at the micro- and nanoscales,

امروزه در مقیاس نانو و میکرو( ریزمواد)،

there's an unprecedented revolution happening.

انقلاب بی سابقه‌ای در حال رخ دادن است.

And this is the ability to program physical and biological materials

و این یک توانایی برای برنامه‌ریزی مواد فیزیکی و زیستی

to change shape, change properties

برای تغییر شکل، تغییر خواص

and even compute outside of silicon-based matter.

و حتی محاسبه برای مواد غیر پایه سیلیکونی است.

There's even a software called cadnano

حتی یک نرم‌ افزار به نام کدنانو وجود دارد

that allows us to design three-dimensional shapes

که به ما اجازه می‌دهد شکل‌های سه بعدی مانند نانوربات‌ها

like nano robots or drug delivery systems

و یا سیستم‌های حامل دارو را طراحی کنیم و از دی ان ای

and use DNA to self-assemble those functional structures.

برای خودمونتاژی این ساختارهای کاربردی استفاده کنیم.

But if we look at the human scale,

ولی اگر به مقیاس انسانی نگاه کنیم،

there's massive problems that aren't being addressed

حجم زیادی از مشکلات وجود دارند که هنوز توسط این

by those nanoscale technologies.

تکنولوژی‌های ابعاد نانو مد نظر قرار نگرفته‌اند.

If we look at construction and manufacturing,

اگر به ساخت و تولید نگاه کنیم، می‌توانیم شاهد

there's major inefficiencies, energy consumption

ناکارآمدی عمده، مصرف انرژی

and excessive labor techniques.

و تکنیک‌های مستلزم کار بیش از حد باشیم.

In infrastructure, let's just take one example.

به عنوان زیر ساخت، بگذارید فقط یک مثال بزنیم.

Take piping.

مثلاْ لوله‌کشی.

In water pipes, we have fixed-capacity water pipes

در لوله‌های آب، ما لوله‌های با حجم ثابتی داریم

that have fixed flow rates, except for expensive pumps and valves.

که شدت جریان‌های مشخصی دارند، به استثنای پمپ‌ها و شیرهای گرانقیمت.

We bury them in the ground.

ما آن‌ها را زیر زمین کار می‌گذاریم.

If anything changes -- if the environment changes,

اگر هر تغییری رخ دهد --- تغییرات زیست محیطی،

the ground moves, or demand changes --

زمین حرکت کند و یا نیاز به تغییر داشته باشد --

we have to start from scratch and take them out and replace them.

ما باید از ابتدا شروع کنیم و آن‌ها را بیرون بیاوریم و دوباره جایگذاری کنیم.

So I'd like to propose that we can combine those two worlds,

بنابراین من مایلم پیشنهاد کنم که ما می‌توانیم این دو جهان را با هم ترکیب کنیم،

that we can combine the world of the nanoscale programmable adaptive materials

اینکه ما می‌توانیم دنیای نانومواد قابل برنامه‌ریزی و سازگار را

and the built environment.

با محیط ساخت‌شده، ترکیب کنیم.

And I don't mean automated machines.

و منظور من ماشین‌های خودکار نیست.

I don't just mean smart machines that replace humans.

منظور من ماشین‌های هوشمند که جایگزین آدم‌ها می‌شوند، نیست.

But I mean programmable materials that build themselves.

بلکه منظورم مواد قابل برنامه‌ریزی هستند که خودشان را می‌سازند.

And that's called self-assembly,

و اسم این خود مونتاژی است،

which is a process by which disordered parts build an ordered structure

که فرایندی است که در آن، قسمت‌های نامنظم، یک ساختار منظم را

through only local interaction.

تنها در طی برهم‌کنش‌های محلی می‌سازند.

So what do we need if we want to do this at the human scale?

پس اگر ما بخواهیم این کار را در مقیاس انسانی انجام دهیم، چه باید بکنیم؟

We need a few simple ingredients.

ما به چند تا عامل اولیه ساده نیاز داریم.

The first ingredient is materials and geometry,

اولین عامل، ماده و هندسه است که به شدت به

and that needs to be tightly coupled with the energy source.

همراه شدن با منابع انرژی نیاز دارد.

And you can use passive energy --

و می‌توانید از انرژی انفعالی -- مانند حرارت،

so heat, shaking, pneumatics, gravity, magnetics.

لرزش، پنوماتیک، گرانش و مغناطیس -- استفاده کنید.

And then you need smartly designed interactions.

و سپس به برهمکنش‌های طراحی شده هوشمند نیاز دارید.

And those interactions allow for error correction,

این برهمکنش‌ها اجازه اصلاح خطاها را به شما می‌دهند،

and they allow the shapes to go from one state to another state.

و به ساختارها اجازه تغییر از یک حالت به حالت دیگر را می‌دهند.

So now I'm going to show you a number of projects that we've built,

الان می‌خواهم به شما تعدادی از پروژه‌هایی را که ساخته‌ایم، نشان دهم،

from one-dimensional, two-dimensional, three-dimensional

از یک بعدی، دو بعدی، سه بعدی

and even four-dimensional systems.

و حتی سیستم‌های چهاربعدی.

So in one-dimensional systems --

در سیستم‌های یک بعدی --

this is a project called the self-folding proteins.

پروژه‌ای وجود دارد به نام پروتئین‌های خود تا شونده.

And the idea is that you take the three-dimensional structure of a protein --

ایده به این صورت هست که شما ساختار سه بعدی یک پروتئین

in this case it's the crambin protein --

-- در این مثال پروتئین کرامبین -- را در نظر می‌گیرید،

you take the backbone -- so no cross-linking, no environmental interactions --

شما رشته اصلی را دارید -- بدون ارتباطات متقابل، بدون برهمکنش محیطی --

and you break that down into a series of components.

و آن را به صورت مجموعه‌ای از اجزاء بسط می‌دهید.

And then we embed elastic.

و سپس ما آن‌ها را به صورت کشسان بازسازی می‌کنیم.

And when I throw this up into the air and catch it,

و سپس زمانی که من این را به هوا می‌اندازم و می‌گیرمش،

it has the full three-dimensional structure of the protein, all of the intricacies.

این ساختار کامل سه بعدی پروتئین را با همه جزییاتش دارد.

And this gives us a tangible model

این یک مدل قابل لمس

of the three-dimensional protein and how it folds

از پروتئین سه بعدی و چگونگی تا شدن آن

and all of the intricacies of the geometry.

و همه‌ی ریزه‌کاری‌های هندسی آن است.

So we can study this as a physical, intuitive model.

بنابراین ما می‌توانیم این را به عنوان یک مدل فیزیکی و قابل درک، مطالعه کنیم.

And we're also translating that into two-dimensional systems --

و همچنین ما این را به سیستم‌های دو بعدی توسعه دادیم --

so flat sheets that can self-fold into three-dimensional structures.

مانند صفحاتی که می‌توانند به شکل ساختارهای سه بعدی تغییر شکل دهند.

In three dimensions, we did a project last year at TEDGlobal

در مدل‌های سه بعدی، ما سال گذشته یک پروژه در تد گلوبال (TEDGlobal)

with Autodesk and Arthur Olson

با آتودسک (Autodesk) و آرتور اولسن (Arthur Olson) انجام دادیم

where we looked at autonomous parts --

که در آن قسمت‌های مستقل -- قسمت‌های جدا از هم

so individual parts not pre-connected that can come together on their own.

بدون هیچ اتصال اولیه، می‌توانند به طور خودکار به هم متصل شوند.

And we built 500 of these glass beakers.

ما ۵۰۰ تا از این ظرف‌های شیشه ساختیم.

They had different molecular structures inside

آن‌ها ساختارهای مولکولی متفاوتی در خود دارند

and different colors that could be mixed and matched.

و رنگ‌های مختلفی که می‌توانند با هم مخلوط و همسان شوند.

And we gave them away to all the TEDsters.

و ما آن‌ها را به همه اهالی TED دادیم.

And so these became intuitive models

و این‌ها تبدیل به مدل‌های قابل لمسی شدند که توسط آن‌ها می‌توان

to understand how molecular self-assembly works at the human scale.

فهمید خودمونتاژی مولکولی در مقیاس انسانی چگونه کار می‌کند.

This is the polio virus.

این ویروس فلج اطفال است.

You shake it hard and it breaks apart.

آن را به سختی تکان می‌دهید و متلاشی می‌شود.

And then you shake it randomly

سپس آن را به طور تصادفی تکان می‌دهید

and it starts to error correct and built the structure on its own.

واین شروع به اصلاح خطا و ساختن ساختارخودش به طور خودکار می‌کند.

And this is demonstrating that through random energy,

این به این معناست که از طریق انرژی دهی تصادفی،

we can build non-random shapes.

می‌توانیم ساختارهای غیر تصادفی بسازیم.

We even demonstrated that we can do this at a much larger scale.

ما همینطور نشان دادیم که می‌توان این را در ابعد بزرگتر هم ساخت.

Last year at TED Long Beach,

سال گذشته در تد لانگ بیچ (TED Long Beach)،

we built an installation that builds installations.

ما تاسیساتی را ساختیم که تاسیسات دیگری را می‌ساخت.

The idea was, could we self-assemble furniture-scale objects?

ایده این بود، آیا ما می‌توانیم اجسام در ابعاد مبلمان را به شکل خودمونتاژ بسازیم؟

So we built a large rotating chamber,

بنابراین ما یک فضای بزرگ در حال چرخش ساختیم،

and people would come up and spin the chamber faster or slower,

و مردم می‌توانستند بیایند و آن را تند تر و یا آهسته تر بچرخانند،

adding energy to the system

به سیستم انرژی اضافه کنند

and getting an intuitive understanding of how self-assembly works

و یک آشنایی قابل لمس از خودمونتاژی

and how we could use this

و اینکه ما چطور می‌توانیم از آن به عنوان ساخت و تولید در مقیاس

as a macroscale construction or manufacturing technique for products.

بزرگ برای تولید محصولات استفاده کنیم، به دست آورند.

So remember, I said 4D.

به خاطر بیاورید که من گفتم چهار بعدی.

So today for the first time, we're unveiling a new project,

امروز برای اولین بار ما داریم از یک پروژه جدید پرده‌برداری می‌کنیم،

which is a collaboration with Stratasys,

که در واقع یک همکاری با استراتاسیس (شرکت فعال در زمینه ساخت پرینترهای سه بعدی)

and it's called 4D printing.

بوده و نام آن چاپ چهاربعدی است.

The idea behind 4D printing

ایده پشت چاپ چهار بعدی

is that you take multi-material 3D printing --

این است که شما چاپ سه بعدی چند ماده‌ای را در نظر می‌گیرید

so you can deposit multiple materials --

-- در واقع می‌توانید از مواد متعدد استفاده کنید --

and you add a new capability,

و یک قابلیت جدید به آن اضافه می‌کنید،

which is transformation,

که تغییر شکل است،

that right off the bed,

که بلافاصله، اجزاء می‌توانند به طور خودکار

the parts can transform from one shape to another shape directly on their own.

از شکلی به شکل دیگر تغییر پیدا کنند.

And this is like robotics without wires or motors.

این مثل رباتیک، بدون سیم و موتور است.

So you completely print this part,

بنابراین شما یک قسمت را می‌سازید،

and it can transform into something else.

و آن می‌تواند به شکل دیگری تغییر پیدا کند.

We also worked with Autodesk on a software they're developing called Project Cyborg.

ما همچنین با آتودسک در حال کار بر روی یک نرم افزار به نام پروژه سایبورگ هستیم.

And this allows us to simulate this self-assembly behavior

این به ما اجازه می‌دهد که این رفتار خودمونتاژی را شبیه سازی کرده

and try to optimize which parts are folding when.

و اینکه چه قطعه‌ای در چه زمانی تا شود را، بهینه سازی کنیم.

But most importantly, we can use this same software

اما مهم تر اینکه، ما می‌توانیم از این نرم افزار

for the design of nanoscale self-assembly systems

برای طراحی سیستم‌های خودمونتاژ در مقیاس نانو

and human scale self-assembly systems.

و سیستم‌های خودمونتاژ در مقیاس انسانی استفاده کنیم.

These are parts being printed with multi-material properties.

این‌ها قسمت‌هایی هستند که با ویژگی‌های چند-ماده‌ای تولید شده‌اند.

Here's the first demonstration.

این اولین نمونه تولید شده است.

A single strand dipped in water

یک رشته که زمانی که در آب غرق می‌شود،

that completely self-folds on its own

به طور کاملاْ مستقل به شکل حروف

into the letters M I T.

MIT تا می‌شود.

I'm biased.

این جانبدارانه بود.

This is another part, single strand, dipped in a bigger tank

این یک قطعه‌ی دیگر است، یک رشته‌ی تنها، که در یک تانک بزرگتر غرق شده

that self-folds into a cube, a three-dimensional structure, on its own.

و به صورت یک مکعب، یک ساختار سه بعدی، به طور خودکار تا می‌شود.

So no human interaction.

هیچ عامل انسانی در بین نیست.

And we think this is the first time

و ما فکر می‌کنیم که این اولین بار است

that a program and transformation

که یک برنامه و تغییر شکل به طور مستقیم منجر

has been embedded directly into the materials themselves.

به تولید خود مواد شده‌اند.

And it also might just be the manufacturing technique

و این ممکن است فقط روش تولید باشد که به ما اجازه می‌دهد

that allows us to produce more adaptive infrastructure in the future.

در آینده زیرساخت‌های سازگارتری را تولید کنیم.

So I know you're probably thinking,

من می‌دانم که شما احتمالاْ فکر می‌کنید که

okay, that's cool, but how do we use any of this stuff for the built environment?

خوب، این خیلی جذابه، ولی ما چطور از این چیزها برای ساختن محیط استفاده می‌کنیم؟

So I've started a lab at MIT,

من یک آزمایشگاه در موسسه تکنولوژی ماساچوست MIT به راه انداختم،

and it's called the Self-Assembly Lab.

که نامش آزمایشگاه خودمونتاژی است.

And we're dedicated to trying to develop programmable materials

ما قصد داریم تلاش کنیم، تا مواد قابل برنامه‌ریزی

for the built environment.

برای ساخت محیط را توسعه دهیم.

And we think there's a few key sectors

ما فکر می‌کنیم که چند بخش کلیدی وجود دارند

that have fairly near-term applications.

که کاربردهایی در تقریباْ کوتاه مدت خواهند داشت.

One of those is in extreme environments.

یکی از آن‌ها در شرایط محیطی سخت است.

These are scenarios where it's difficult to build,

این ها شرایطی هستند که ساختن در آن‌ها بسیار مشکل است و

our current construction techniques don't work,

روش‌های فعلی ساخت و ساز ما در آن پاسخگو نیستند.

it's too large, it's too dangerous, it's expensive, too many parts.

اگر خیلی بزرگ باشند، یا خیلی خطرناک باشند، یا خیلی گران باشند و یا قطعات زیادی داشته باشند.

And space is a great example of that.

فضا مثال خیلی خوبی برای آن است.

We're trying to design new scenarios for space

ما داریم سعی می‌کنیم یک سناریوی جدید برای فضا طراحی کنیم

that have fully reconfigurable and self-assembly structures

که شامل ساختارهای قابل تنظیم مجدد و خود مونتاژ باشد

that can go from highly functional systems from one to another.

که بتوانند از یک سیستم بسیار کاربردی به یک سیستم کاربردی دیگر تغییر شکل دهد.

Let's go back to infrastructure.

بگذارید به زیرساخت‌ها برگردیم.

In infrastructure, we're working with a company out of Boston called Geosyntec.

در زیرساخت‌ها، ما با یک شرکت خارج از بوستون به نام ژئوسینتک (Geosyntec) کار می‌کنیم.

And we're developing a new paradigm for piping.

ما داریم یک نمونه جدید را برای لوله‌کشی طراحی می‌کنیم.

Imagine if water pipes could expand or contract

تصور کنید که اگر لوله‌های آب بتوانند برای تغییر گنجایش و یا

to change capacity or change flow rate,

شدت جریان، فشرده و یا منبسط شوند، و یا حتی حرکت مواج داشته باشند،

or maybe even undulate like peristaltics to move the water themselves.

مانند حرکت کرمواره (شبیه به حرکت مری برای به پیش راندن غذا) برای حرکت آب به طور خودکار.

So this isn't expensive pumps or valves.

بنابراین خبری از پمپ‌ها و شیرهای گرانقیمت نیست.

This is a completely programmable and adaptive pipe on its own.

این یک لوله کاملاْ قابل برنامه‌ریزی و سازگار است.

So I want to remind you today

بنابراین من امروز می‌خواهم سختی‌های واقعی کار مونتاژ

of the harsh realities of assembly in our world.

را در جهان‌مان به شما یادآوری کنم.

These are complex things built with complex parts

این‌ها چیزهای پیچیده‌ای هستند که با قطعات پیچیده‌ای ساخته می‌شوند

that come together in complex ways.

که با روش‌های پیچیده‌ای در کنار هم قرار می‌گیرند.

So I would like to invite you from whatever industry you're from

بنابراین من مایلم از شما، در هر حوزه‌ای از صنعت که هستید،

to join us in reinventing and reimagining the world,

دعوت کنم که برای اختراع دوباره و بازآفرینی جهان،

how things come together from the nanoscale to the human scale,

اینکه چگونه چیزها از مقیاس نانو به مقیاس‌های انسانی می‌رسند،

so that we can go from a world like this

ٰبه ما بپیوندید، تا با هم بتوانیم از جهانی که بیشتر شبیه به این هست،

to a world that's more like this.

به جهانی برویم که بیشتر شبیه به این است.

Thank you.

متشکرم.

(Applause)

(تشویق حضار)